JP2011513959A - Optoelectronic semiconductor body and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
本発明は、本質的に平坦な半導体積層体(20)を備えているオプトエレクトロニクス半導体ボディであって、半導体積層体(20)が、第1の主面および第2の主面と、電磁放射を発生させることのできる活性層(22,22’)とを備えている、オプトエレクトロニクス半導体ボディ、に関する。さらに、この半導体ボディは、半導体活性積層体を少なくとも2つの電気的に絶縁された部分活性層(22,22’)に分割する目的で、半導体積層体の活性層を隔てている少なくとも1つの溝、を備えている。第2の主面上に配置されている第1および第2の接続層(410,411,460)は、部分活性層に接続するために使用される。少なくとも2つの部分活性層に接続するための第1および第2の接続層は、部分活性層が直列接続を形成するように互いに導電接続されている。
【選択図】図4AThe present invention is an optoelectronic semiconductor body comprising an essentially flat semiconductor stack (20), the semiconductor stack (20) comprising a first main surface and a second main surface, and electromagnetic radiation. The present invention relates to an optoelectronic semiconductor body comprising an active layer (22, 22 ′) capable of generating Furthermore, the semiconductor body has at least one groove separating the active layer of the semiconductor stack for the purpose of dividing the semiconductor active stack into at least two electrically isolated partial active layers (22, 22 '). It is equipped with. The first and second connection layers (410, 411, 460) arranged on the second main surface are used to connect to the partial active layer. The first and second connection layers for connecting to at least two partial active layers are conductively connected to each other such that the partial active layers form a series connection.
[Selection] Figure 4A
Description
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体ボディと、オプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法とに関する。 The present invention relates to an optoelectronic semiconductor body and a method for manufacturing an optoelectronic semiconductor body.
オプトエレクトロニクス半導体ボディは、多種多様な照明用途に使用されている。オプトエレクトロニクス半導体ボディは、主として、小さな空間の中で高い発光効率が要求される場合に適切である。オプトエレクトロニクス半導体ボディを使用する例は、プロジェクション用途および自動車分野に見られ、自動車分野では特にヘッドライトの使用が挙げられる。 Optoelectronic semiconductor bodies are used in a wide variety of lighting applications. The optoelectronic semiconductor body is suitable mainly when high luminous efficiency is required in a small space. Examples of using optoelectronic semiconductor bodies are found in projection applications and in the automotive field, particularly in the automotive field with the use of headlights.
しかしながら、従来の照明手段と比較して複雑さが低いのみならず、改良された効率を有するオプトエレクトロニクス半導体ボディを提供するニーズが依然として存在している。 However, there remains a need to provide an optoelectronic semiconductor body that has not only low complexity compared to conventional lighting means, but also improved efficiency.
これらの目的は、独立特許請求項によるオプトエレクトロニクス半導体ボディおよびその製造方法によって達成される。本発明の形状構造および発展形態は、それぞれ従属請求項の主題であり、その開示内容は本明細書に明示的に組み込まれている。 These objects are achieved by an optoelectronic semiconductor body and a method for its manufacture according to the independent claims. The features and developments of the invention are each the subject matter of the dependent claims, the disclosure of which is expressly incorporated herein.
提案する原理によると、一実施形態においては、オプトエレクトロニクス半導体ボディは、実質的に平坦に配置されている半導体積層体であって、第1の主面および第2の主面と、電磁放射を発生させるのに適する活性層とを有する、半導体積層体、を備えている。 According to the proposed principle, in one embodiment, the optoelectronic semiconductor body is a semiconductor stack that is arranged substantially flat, comprising a first main surface and a second main surface, and electromagnetic radiation. A semiconductor stack having an active layer suitable for generation.
この場合、活性層は、放射を発生させるためのpn接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸(SQW)構造、または多重井戸(MQW)構造を有することができる。量子井戸構造という記載は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。一般的に、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。多重量子井戸構造の例は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、および特許文献4に記載されている。これらの文書の開示内容は、参照によって本文書に組み込まれている。
In this case, the active layer can have a pn junction for generating radiation, a double heterostructure, a single quantum well (SQW) structure, or a multiple well (MQW) structure. The description of quantum well structure does not make any designation with respect to the dimension of quantization. In general, quantum well structures include quantum wells, quantum wires, and quantum dots, and any combination of these structures, among others. Examples of the multiple quantum well structure are described in
この形状構造においては、第1の主面は、電磁放射を放出するように構成されている。さらに、半導体積層体の少なくとも活性層は、活性層を貫通している溝によって少なくとも2つの部分活性層(active partial layers)に分割されており、これらの部分活性層は互いに電気的に絶縁されている。言い換えれば、半導体積層体の活性層が溝によって分断されており、これによって、半導体積層体の中に、互いに電気的に絶縁されている部分活性層が形成されている。 In this configuration, the first major surface is configured to emit electromagnetic radiation. Furthermore, at least the active layer of the semiconductor stack is divided into at least two active partial layers by a groove penetrating the active layer, and these partial active layers are electrically insulated from each other. Yes. In other words, the active layer of the semiconductor stacked body is divided by the groove, whereby partial active layers that are electrically insulated from each other are formed in the semiconductor stacked body.
本オプトエレクトロニクス半導体ボディは、第2の主面上に配置されており、かつ部分活性層との接続を形成するための第1の接続層および第2の接続層、をさらに備えている。この場合、第2の主面上に配置されている接続層、という表現は、第1の接続層および第2の接続層の少なくとも一部が、前面から裏面への方向に半導体積層体に続いていることを意味する。しかしながら、この場合、第1の接続層および第2の接続層が半導体積層体の第2の主面上に必ずしも直接堆積されている必要はない。さらには、第1の接続層および第2の接続層が半導体積層体の第2の主面を完全に覆っている必要もない。そうではなく、第1の接続層および第2の接続層は、部分活性層との接続を形成する目的で、第2の主面上の少なくとも一部に配置されている。したがって、第1の接続層および第2の接続層は、半導体積層体の第1の主面よりも第2の主面に近い。 The optoelectronic semiconductor body further includes a first connection layer and a second connection layer disposed on the second main surface and for forming a connection with the partial active layer. In this case, the expression “connection layer disposed on the second main surface” means that at least a part of the first connection layer and the second connection layer follows the semiconductor stack in the direction from the front surface to the back surface. Means that However, in this case, the first connection layer and the second connection layer are not necessarily directly deposited on the second main surface of the semiconductor stacked body. Furthermore, it is not necessary for the first connection layer and the second connection layer to completely cover the second main surface of the semiconductor stacked body. Instead, the first connection layer and the second connection layer are disposed on at least a part of the second main surface for the purpose of forming a connection with the partial active layer. Therefore, the first connection layer and the second connection layer are closer to the second main surface than the first main surface of the semiconductor stacked body.
本発明によると、電気的に絶縁されている少なくとも2つの部分活性層との接続をそれぞれ形成している第1の接続層および第2の接続層は、部分活性層が直列回路を形成するように、互いに導電接続されている。 According to the present invention, the first connection layer and the second connection layer, which respectively form a connection with at least two partially active layers that are electrically isolated, are such that the partially active layer forms a series circuit. Are electrically conductively connected to each other.
言い換えれば、部分活性層の2つの接続層は、部分活性層が直列回路を形成するように互いに接続されている。 In other words, the two connection layers of the partial active layer are connected to each other such that the partial active layer forms a series circuit.
このように、本オプトエレクトロニクス半導体ボディは、複数の異なる接続層によって互いに電気的に接続されている部分領域、に分割されており、部分領域は直列回路を形成している。これによって、動作モードにおけるオプトエレクトロニクス半導体ボディの大幅に低い電流フローが達成される。個々の部分活性領域は直列回路として互いに接続されている。したがって、電流が低いことに加えて、電圧駆動方式として(in a voltage-driven manner)オプトエレクトロニクス半導体ボディに給電することができる。この結果、一例として、高価な駆動段および高電流源を、容易に製造される高電圧源に置き換えることができる。したがって、本オプトエレクトロニクス半導体ボディは、部分領域に分割されている結果として、分割に応じて選択できる複数の異なる電圧によって動作させることができる。 As described above, the optoelectronic semiconductor body is divided into partial regions that are electrically connected to each other by a plurality of different connection layers, and the partial regions form a series circuit. This achieves a significantly lower current flow of the optoelectronic semiconductor body in the operating mode. The individual partial active regions are connected to each other as a series circuit. Thus, in addition to low current, the optoelectronic semiconductor body can be powered in a voltage-driven manner. As a result, as an example, expensive drive stages and high current sources can be replaced with easily manufactured high voltage sources. Accordingly, the present optoelectronic semiconductor body can be operated with a plurality of different voltages that can be selected according to the division as a result of being divided into partial regions.
本半導体ボディは、モノリシックに形成されていることが好ましく、すなわち、本半導体ボディはただ1つの本体を備えており、すべての導電面および活性層がこの本体に集積化されており、製造時に連続的に形成される。これによって、活性層および導電面が共通の基板上に具体化されるなど、ウェハ全体にわたる大面積製造(large-area production)が可能となる。 The semiconductor body is preferably monolithically formed, i.e. the semiconductor body has only one body, all the conductive surfaces and active layers are integrated in this body and are continuous during manufacture. Formed. This allows large-area production over the entire wafer, such as the active layer and conductive surface being embodied on a common substrate.
一形状構造においては、半導体ボディは薄膜発光ダイオードチップである。特に、本半導体ボディは、その裏面にキャリア基板を有する。一形状構造において、第1の接続層および第2の接続層は、半導体積層体とキャリア基板との間の少なくとも一部分に配置されている。薄膜発光ダイオードチップは、以下の特徴のうちの少なくとも1つによって区別される。
− 放射を発生させる半導体積層体(特に、放射を発生させるエピタキシャル積層体)の主領域(キャリア要素、特にキャリア基板に面している領域)に、反射層が堆積または形成されている。反射層は、半導体積層体において発生した電磁放射の少なくとも一部分を反射して半導体積層体に戻す。
− 薄膜発光ダイオードチップはキャリア要素を有し、このキャリア要素は、半導体積層体を上にエピタキシャル成長させた成長基板ではなく、後から半導体積層体に固定された個別のキャリア要素である。
− 半導体積層体の厚さは、20μm以下の範囲、特に10μm以下の範囲である。
− 半導体積層体が成長基板を備えていない。この場合、「成長基板を備えていない」とは、成長を目的として使用された(該当時)成長基板が、半導体積層体から除去されている、または少なくとも大幅に薄くされていることを意味する。具体的には、成長基板が、単独では、またはエピタキシャル積層体のみとの組合せでは自身を支持できない程度まで薄くされている。大幅に薄くした後に残る成長基板の残留部分は、特に、成長基板として機能するには適さない。
− 半導体積層体は、混合構造(intermixing structure)を有する少なくとも1つの領域を備えた少なくとも1つの半導体層を含んでおり、この混合構造によって、理想的には半導体積層体における光のほぼエルゴード分布につながり、すなわち、この混合構造は、実質的にエルゴード確率過程である散乱挙動を示す。
In one shape structure, the semiconductor body is a thin film light emitting diode chip. In particular, the semiconductor body has a carrier substrate on its back surface. In one shape structure, the 1st connection layer and the 2nd connection layer are arranged at least in a part between a semiconductor layered product and a carrier substrate. Thin film light emitting diode chips are distinguished by at least one of the following features.
A reflective layer is deposited or formed in the main area (carrier element, in particular the area facing the carrier substrate) of the semiconductor stack that generates radiation, in particular the epitaxial stack that generates radiation; The reflective layer reflects at least a portion of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor stack and returns it to the semiconductor stack.
The thin-film light-emitting diode chip has a carrier element, which is not a growth substrate on which the semiconductor stack is epitaxially grown, but an individual carrier element that is later fixed to the semiconductor stack.
The thickness of the semiconductor stack is in the range of 20 μm or less, in particular in the range of 10 μm or less;
-The semiconductor stack does not have a growth substrate. In this case, “no growth substrate” means that the growth substrate used for growth (when applicable) has been removed from the semiconductor stack or at least significantly thinner. . Specifically, the growth substrate is thinned to such an extent that it cannot support itself alone or in combination with an epitaxial laminate alone. The remaining portion of the growth substrate that remains after being significantly thinned is not particularly suitable for functioning as a growth substrate.
The semiconductor stack comprises at least one semiconductor layer with at least one region having an intermixing structure, which ideally results in an approximately ergodic distribution of light in the semiconductor stack. The connection, ie this mixed structure, exhibits scattering behavior that is essentially an ergodic stochastic process.
薄膜発光ダイオードチップの基本的な原理は、例えば、非特許文献1に記載されており、これに関するこの文書の開示内容は、参照によって本文書に組み込まれている。薄膜発光ダイオードチップの例は、特許文献5および特許文献6に記載されており、これに関するこれらの文書の開示内容は、同様に参照によって本文書に組み込まれている。
The basic principle of the thin film light emitting diode chip is described in, for example, Non-Patent
薄膜発光ダイオードチップはランバート面発光体の良好な近似であり、したがって、例えばヘッドライト(例:自動車のヘッドライト)における用途に非常に適している。 Thin film light emitting diode chips are a good approximation of Lambertian surface emitters and are therefore very suitable for applications in eg headlights (eg automotive headlights).
さらなる形状構造においては、溝は、半導体積層体の活性層に実質的に垂直に延在している。この溝は、半導体積層体の活性層を完全に貫通していることができる。 In a further shape structure, the trench extends substantially perpendicular to the active layer of the semiconductor stack. This groove can completely penetrate the active layer of the semiconductor stack.
溝は、電気絶縁性の材料によって満たすことができ、その厚さは数マイクロメートルとすることができる。溝は、電荷キャリアが再結合することによって電磁放射が発生する活性層の領域を少なくとも貫通していることが好ましい。代替形態として、溝は、半導体積層体の大きな深さ範囲にわたり垂直に貫通していることができ、したがって、半導体積層体を、それぞれが部分活性層を有する部分領域に分割する。これによって、個々の部分領域または部分活性層の間の漏れ電流が減少する。一例として、溝は、2つの接続層の少なくとも一方を垂直に分断していることもできる。 The groove can be filled with an electrically insulating material, and its thickness can be several micrometers. The trench preferably penetrates at least the region of the active layer where electromagnetic radiation is generated by recombination of charge carriers. As an alternative, the trench can penetrate vertically over a large depth range of the semiconductor stack, thus dividing the semiconductor stack into partial regions each having a partial active layer. This reduces the leakage current between individual partial regions or partial active layers. As an example, the groove may vertically divide at least one of the two connection layers.
一形状構造においては、少なくとも2つの部分活性層のうちの第1の部分活性層との接続を形成するための第1の接続層が、少なくとも2つの部分活性層のうちの第2の部分活性層との接続を形成するための第2の接続層に、導電接続されている。言い換えれば、第1の部分活性層のn型ドープ領域が、第2の部分活性層のp型ドープ領域に、接続層によって導電接続されている。結果として、2つの部分活性層から成る直列回路が形成されている。 In one shape structure, the 1st connection layer for forming connection with the 1st partial active layer of at least 2 partial active layers is the 2nd partial active of at least 2 partial active layers A conductive connection is made to a second connection layer for forming a connection with the layer. In other words, the n-type doped region of the first partial active layer is conductively connected to the p-type doped region of the second partial active layer by the connection layer. As a result, a series circuit composed of two partially active layers is formed.
部分活性層との接続を形成するため、一形状構造では、第2の接続層の第2の部分要素が、第2の主面から、部分活性層における穿孔(perforation)を通じて第1の主面の方に延在している。結果として、部分活性層を貫いて穿孔が形成され、この穿孔により、部分活性層のうち第1の主面に近い領域との接続を形成することが可能である。 In order to form a connection with the partial active layer, in one configuration, the second partial element of the second connection layer is passed from the second main surface through the perforation in the partial active layer. It extends towards. As a result, a perforation is formed through the partial active layer, and this perforation can form a connection with a region of the partial active layer close to the first major surface.
半導体積層体およびオプトエレクトロニクス部品の、光を放出する第1の主面には、電気コンタクト位置(electrical contact locations)が存在しておらず、これは有利である。このようにすることで、動作時に部分活性層によって放出される電磁放射の一部が電気コンタクト位置によって隠される、あるいは吸収される危険性が減少する。本発明の一形状構造においては、第1の電気接続層および第2の電気接続層は、第1の主面とは反対側の半導体ボディの面における電気コンタクト位置に接続されている部分要素、を備えている。代替形態として、本発明の一形状構造においては、コンタクト領域は、半導体ボディの第1の主面上に放射放出領域に並んで配置されている。このコンタクト領域は、第1の接続層もしくは第2の接続層またはその両方に導電的に結合されている。 Advantageously, there are no electrical contact locations on the first major surface emitting light of the semiconductor stack and the optoelectronic component. In this way, the risk of some of the electromagnetic radiation emitted by the partially active layer during operation being hidden or absorbed by the electrical contact location is reduced. In one shape structure of the present invention, the first electrical connection layer and the second electrical connection layer are partial elements connected to electrical contact positions on the surface of the semiconductor body opposite to the first main surface, It has. As an alternative, in one shape structure of the present invention, the contact region is arranged alongside the radiation emitting region on the first main surface of the semiconductor body. The contact region is conductively coupled to the first connection layer, the second connection layer, or both.
好ましくは、第2の主面の方向の電磁放射が第1の主面の方向に反射されるように、第1の電気接続層もしくは第2の電気接続層またはその両方を、導電性ミラー層を備えているように構成することができる。別の形状構造においては、ミラー層は、半導体積層体と第2の電気接続層との間の少なくとも一部分に配置されている。このミラー層は、半導体性または電気絶縁性とすることができる。後者の場合、ミラー層は複数の開口を有することができ、第1の電気接続層もしくは第2の電気接続層またはその両方はこれらの開口を通じて半導体積層体および部分活性層との接続を形成している。同様に、電流の取り込みを向上させる目的で、半導体積層体と第1の接続層との間に横方向電流分散層(lateral current distribution layer)を設けることが可能である。この電流拡散層は、導電性酸化物を備えていることができるが、さらにミラー層を備えて、したがって反射層としての役割を果たすことができる。 Preferably, the first electrical connection layer and / or the second electrical connection layer is made of a conductive mirror layer so that electromagnetic radiation in the direction of the second major surface is reflected in the direction of the first major surface. It can comprise. In another shape structure, the mirror layer is disposed at least at a part between the semiconductor stacked body and the second electrical connection layer. This mirror layer can be semiconductive or electrically insulating. In the latter case, the mirror layer can have a plurality of openings through which the first electrical connection layer and / or the second electrical connection layer form a connection with the semiconductor stack and the partially active layer. ing. Similarly, a lateral current distribution layer can be provided between the semiconductor stack and the first connection layer for the purpose of improving current capture. The current spreading layer can comprise a conductive oxide, but can further comprise a mirror layer and thus serve as a reflective layer.
代替形態として、半導体積層体の活性層は、垂直方向に積み重ねられた複数の部分活性層を備えていることができる。一例として、活性層は、ダブルヘテロ構造または多重量子井戸を備えていることができる。さらには、再結合時に異なる波長を有する電磁放射が放出されるように、活性層の部分領域を異なる条件でドープすることができる。一例として、異なる部分領域における部分活性層を異なる条件でドープすることができ、したがって、異なる波長を有する電磁放射が個々の部分領域に放出される。 As an alternative, the active layer of the semiconductor stack may comprise a plurality of partial active layers stacked vertically. As an example, the active layer can comprise a double heterostructure or multiple quantum wells. Furthermore, the partial regions of the active layer can be doped under different conditions so that electromagnetic radiation having different wavelengths is emitted upon recombination. As an example, partial active layers in different partial regions can be doped under different conditions, so that electromagnetic radiation having different wavelengths is emitted into the individual partial regions.
放出特性を改善する目的で、積層体の第1の主面を構造化することができる。同様に、放出される電磁放射を、異なる波長を有する第2の放射に変換する目的で、第1の主面に変換材料を塗布することが可能である。対応する適切な変換材料と、活性層の適切な材料系とによって、例えばフロントヘッドライトあるいはプロジェクションシステムにおいて白色光を発生させることが可能である。 For the purpose of improving the emission characteristics, the first main surface of the laminate can be structured. Similarly, a conversion material can be applied to the first major surface for the purpose of converting emitted electromagnetic radiation into second radiation having a different wavelength. With a corresponding suitable conversion material and a suitable material system of the active layer, it is possible to generate white light, for example in a front headlight or a projection system.
一方法形態においては、本発明によるオプトエレクトロニクス半導体ボディは、成長基板上に半導体積層体をエピタキシャル成長させることによって製造される。この場合、半導体積層体は、電磁放射を発生させるのに適する活性層が形成されるように成長させる。さらには、活性層との接続を形成する目的で、第1の電気接続層を、第1の主面とは反対側の半導体積層体の面に堆積させ、分離層および第2の電気接続層を堆積させ、この場合、第1の電気接続層、分離層、および第2の電気接続層は、少なくとも部分的に横方向に重なり合うように形成する。 In one method form, the optoelectronic semiconductor body according to the invention is manufactured by epitaxially growing a semiconductor stack on a growth substrate. In this case, the semiconductor stack is grown such that an active layer suitable for generating electromagnetic radiation is formed. Furthermore, for the purpose of forming a connection with the active layer, the first electrical connection layer is deposited on the surface of the semiconductor laminate opposite to the first main surface, and the separation layer and the second electrical connection layer are deposited. In this case, the first electrical connection layer, the separation layer, and the second electrical connection layer are formed so as to overlap at least partially in the lateral direction.
さらには、本方法は、半導体積層体、特に活性層を少なくとも2つの部分活性層に分割する目的で、少なくとも半導体積層体の活性層に電気絶縁性の溝を形成するステップ、を含んでいる。したがって、このステップによって、半導体積層体が、それぞれの部分活性層を有する部分領域に分割される。2つの部分活性層が直列回路を形成するように、これらの部分活性層との接続が第1の接続層および第2の接続層によって形成される。 Furthermore, the method includes the step of forming an electrically insulating trench in at least the active layer of the semiconductor stack for the purpose of dividing the semiconductor stack, in particular the active layer into at least two partial active layers. Therefore, by this step, the semiconductor stacked body is divided into partial regions each having a partial active layer. A connection with these partial active layers is formed by the first connection layer and the second connection layer so that the two partial active layers form a series circuit.
電気絶縁性の溝を形成する工程は、第1の電気接続層を堆積させる工程の後に行うことが好ましく、これによって、第1の電気接続層も同様に分割される。本方法の以降のステップにおいて、第1の部分領域の(または第1の部分活性層との接続を形成している)第1の電気接続層が、第2の部分領域の(または第2の部分活性層との接続を形成している)第2の電気接続層に、導電的に結合される。結果として、2つの部分活性層が互いに直列に接続される。 The step of forming the electrically insulating groove is preferably performed after the step of depositing the first electrical connection layer, whereby the first electrical connection layer is similarly divided. In the subsequent steps of the method, the first electrical connection layer of the first partial region (or forming a connection with the first partial active layer) is used in the second partial region (or the second partial region). It is conductively coupled to a second electrical connection layer (which forms a connection with the partially active layer). As a result, the two partial active layers are connected in series with each other.
本方法の一形態は、活性層に穿孔を形成するステップと、穿孔の中に第2の電気接続層の部分要素を形成するステップであって、第2の電気接続層が分離層によって第1の電気接続層から電気的に絶縁されている、ステップ、をさらに含んでいる。第2の電気接続層は、その部分要素を通じて活性層、特に部分活性層との接続を形成する。この目的のため、半導体積層体または部分活性層の(溝によって形成されている)各部分領域において、それぞれの部分活性層に穿孔を設けることが可能である。 One form of the method includes forming a perforation in the active layer and forming a subelement of the second electrical connection layer in the perforation, wherein the second electrical connection layer is the first by the separation layer. A step of being electrically insulated from the electrical connection layer. The second electrical connection layer forms a connection with the active layer, in particular with the partial active layer, through its partial elements. For this purpose, it is possible to provide perforations in the respective partial active layers in the respective partial regions (formed by grooves) of the semiconductor stack or partial active layer.
この目的のため、電気絶縁性の溝および穿孔を、まとめて実行される活性層エッチング工程によって形成することができる。 For this purpose, electrically insulating grooves and perforations can be formed by an active layer etching process which is performed together.
別の方法形態においては、第1の電気接続層が反射性として形成されており、したがって、活性層において発生して第1の主面とは反対側の面の方向に放出される電磁放射が、第1の電気接続層から第1の主面の方向に反射される。 In another method form, the first electrical connection layer is formed as reflective, so that electromagnetic radiation generated in the active layer and emitted in the direction of the surface opposite to the first major surface is generated. Reflected from the first electrical connection layer in the direction of the first main surface.
一発展形態においては、分離層にも穿孔が形成されており、この穿孔は、材料によって満たされている。この穿孔は、第1の部分活性層との接続を形成している第1の接続層を、第2の部分活性層との接続を形成している第2の接続層に導電接続する。このようにすることで、溝によって隔てられている部分活性層の間の接続が形成される。これらの部分層を、例えば直列回路もしくは並列回路、またはその両方においてさらに接続することができる。 In one development, the separating layer is also perforated, which is filled with material. This perforation conductively connects the first connection layer forming a connection with the first partial active layer to the second connection layer forming a connection with the second partial active layer. By doing so, a connection between the partially active layers separated by the trench is formed. These partial layers can be further connected, for example, in a series circuit or a parallel circuit, or both.
さらに別の方法形態においては、第1の主面とは反対側の面の上にコンタクトパネルを形成し、これらのコンタクトパネルは、それぞれ、第1の電気接続層および第2の電気接続層に接触することによって個々の部分活性層を電気的に接続する。したがって、個々のコンタクトパネルによって各部分活性層に個別に電流を印加することができる。これによって、半導体積層体の個々の部分領域を選択的に駆動することが可能となる。したがって、外部の電子回路において、部分領域における半導体積層体の部分活性層を、所望の用途に応じて直列もしくは並列またはその両方に接続することができる。 In still another method, a contact panel is formed on a surface opposite to the first main surface, and the contact panels are formed on the first electrical connection layer and the second electrical connection layer, respectively. The individual partial active layers are electrically connected by contact. Accordingly, current can be individually applied to each partial active layer by the individual contact panel. This makes it possible to selectively drive individual partial regions of the semiconductor stacked body. Therefore, in the external electronic circuit, the partial active layer of the semiconductor stacked body in the partial region can be connected in series or in parallel or both depending on the desired application.
本方法のさらなる形態においては、半導体積層体を成長させた後、成長基板の少なくとも一部を除去する。この除去は、個々の接続層を堆積させる前、または堆積させた後に行うことができる。一例として、この除去は、特に、個々の部分領域に分割し、次いで個々の部分領域との接続を形成した後に行うことができる。成長基板は、例えばレーザリフトオフ法によって除去することができる。 In a further form of the method, after the semiconductor stack is grown, at least a portion of the growth substrate is removed. This removal can take place before or after the individual connection layers are deposited. As an example, this removal can be performed in particular after dividing into individual partial areas and then forming connections with the individual partial areas. The growth substrate can be removed by, for example, a laser lift-off method.
一方法形態においては、成長基板を除去する前に、半導体ボディの裏面にキャリア基板を配置することができる。このキャリア基板は、例えばはんだ層あるいは接着層によって半導体積層体に結合される個別のキャリア要素とすることができる。さらには、キャリア基板は、第1の接続層もしくは第2の接続層またはその両方の一部を構成していることができる。さらなる形態においては、半導体積層体の裏面の一部分に、半導体性または電気絶縁性のミラー層を設ける。電気絶縁性のミラー層の場合、ミラー層に開口を設けることができ、この開口を通じて活性層を第1の接続層もしくは第2の接続層またはその両方に電気的に接続することができる。したがって、第1の接続層もしくは第2の接続層またはその両方は、それぞれ、ミラー層の開口の中に延在する部分要素を含んでいる。 In one method form, a carrier substrate can be placed on the back side of the semiconductor body before removing the growth substrate. The carrier substrate can be an individual carrier element that is bonded to the semiconductor stack by, for example, a solder layer or an adhesive layer. Furthermore, the carrier substrate can constitute a part of the first connection layer or the second connection layer or both. In a further embodiment, a semiconductive or electrically insulating mirror layer is provided on a part of the back surface of the semiconductor laminate. In the case of an electrically insulating mirror layer, an opening can be provided in the mirror layer, and the active layer can be electrically connected to the first connection layer, the second connection layer, or both through the opening. Accordingly, the first connection layer and / or the second connection layer each include a subelement extending into the opening of the mirror layer.
以下では、本発明について、さまざまな形状構造に基づいて図面を参照しながら詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on various shape structures.
例示的な実施形態においては、図示した要素の大きさの関係は、原則として正しい縮尺ではないものとみなされたい。より深く理解できるように、または図をわかりやすくする目的で、個々の要素(例えば層)は大きさあるいは厚さを誇張して描いてある。 In the exemplary embodiment, the size relationship of the illustrated elements should in principle be considered not to be true scale. Individual elements (eg, layers) are exaggerated in size or thickness for the purpose of better understanding or for clarity of illustration.
図1A〜図1Gは、提案する原理によるモノリシックのオプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法の例示的な実施形態を示している。 1A-1G show an exemplary embodiment of a method of manufacturing a monolithic optoelectronic semiconductor body according to the proposed principle.
用語「モノリシック」は、個々の層が互いに個別に形成されない製造を意味するものと理解されたい。個別形成ではなく、層の堆積または形成は、それらの層が果たす機能には関係なく、前の工程ステップにおいて形成された層の上に行われる。結果として、提案する原理による半導体ボディは、連続的なステップにおいて製造される。 The term “monolithic” is to be understood as meaning production in which the individual layers are not formed separately from one another. Rather than individual formation, the deposition or formation of layers takes place on the layer formed in the previous process step, regardless of the function they perform. As a result, the semiconductor body according to the proposed principle is manufactured in successive steps.
本方法のさまざまな段階における概略的な断面図および平面図を示してある。特に、接続層によって形成される直列回路を明らかにする目的で、実線および破線によってそれぞれ識別される2つの断面図を示してある。 Schematic cross-sectional and plan views at various stages of the method are shown. In particular, for the purpose of clarifying the series circuit formed by the connection layers, two cross-sectional views, each identified by a solid line and a broken line, are shown.
本方法においては、最初に、成長基板10の上に半導体積層体20をエピタキシャル成長させる。
In this method, first, the semiconductor stacked
半導体積層体20は、用途に応じて異なる条件でドープすることのできる半導体材料系をベースとしている。一例として、III−V族化合物半導体またはII−VI族化合物半導体を使用することが可能である。本例の場合、半導体積層体20は、5マイクロメートルから7マイクロメートルの間の厚さを有する。
The
III−V族化合物半導体材料は、第III族の典型元素(例えば、Al、Ga、In)からの少なくとも1つの元素と、第V族の典型元素(例えば、B、N、P、As)からの1つの元素とを備えている。具体的には、用語「III−V族化合物半導体材料」は、第III族の典型元素からの少なくとも1つの元素と、第V族の典型元素からの少なくとも1つの元素とを含んでいる二元化合物、三元化合物、または四元化合物のグループ、特に、窒化物化合物半導体およびリン化物化合物半導体(phosphide compound semiconductor)を包含する。このような二元化合物、三元化合物、または四元化合物は、例えば、1つまたは複数のドーパントおよび追加の構成成分をさらに備えていることができる。該当するIII−V族化合物半導体材料としては、例えば、III族窒化物化合物半導体材料およびIII族リン化物化合物半導体材料(例:GaN、GaAs、InGaAlP)が挙げられる。同様に、材料系AlGaN/GaNは上述した化合物半導体に含まれる。 The group III-V compound semiconductor material is composed of at least one element from a group III typical element (for example, Al, Ga, In) and a group V typical element (for example, B, N, P, As). And one element. Specifically, the term “III-V compound semiconductor material” includes a binary comprising at least one element from a Group III typical element and at least one element from a Group V typical element. It includes compounds, ternary compounds, or groups of quaternary compounds, in particular nitride compound semiconductors and phosphide compound semiconductors. Such binary, ternary, or quaternary compounds can further comprise, for example, one or more dopants and additional components. Applicable III-V compound semiconductor materials include, for example, group III nitride compound semiconductor materials and group III phosphide compound semiconductor materials (eg, GaN, GaAs, InGaAlP). Similarly, the material system AlGaN / GaN is included in the compound semiconductor described above.
同様に、II−VI族化合物半導体材料は、第II族の典型元素からの少なくとも1つの元素(例えば、Be、Mg、Ca、Sr)と、第VI族の典型元素からの1つの元素(例えば、O、S、Se)とを備えている。具体的には、II−VI族化合物半導体材料は、第II族の典型元素からの少なくとも1つの元素と、第VI族の典型元素からの少なくとも1つの元素とを含んでいる二元化合物、三元化合物、または四元化合物を備えている。このような二元化合物、三元化合物、または四元化合物は、例えば、1つまたは複数のドーパントおよび追加の構成成分をさらに備えていることができる。II−VI族化合物半導体材料としては、例えば、ZnO、ZnMgO、CdS、CnCdS、MgBeOが挙げられる。 Similarly, a II-VI compound semiconductor material includes at least one element from a Group II typical element (eg, Be, Mg, Ca, Sr) and one element from a Group VI typical element (eg, , O, S, Se). Specifically, the II-VI compound semiconductor material includes a binary compound, a three-component compound containing at least one element from a Group II typical element and at least one element from a Group VI typical element. An original compound or a quaternary compound is provided. Such binary, ternary, or quaternary compounds can further comprise, for example, one or more dopants and additional components. Examples of the II-VI group compound semiconductor material include ZnO, ZnMgO, CdS, CnCdS, and MgBeO.
所望の波長または所望の波長スペクトルに応じて、上述した化合物のうちの1つまたは複数を、オプトエレクトロニクス部品の材料系とすることが可能である。 Depending on the desired wavelength or the desired wavelength spectrum, one or more of the above mentioned compounds can be the material system of the optoelectronic component.
図示した半導体積層体20は、例えばサファイアから成る成長基板10に隣接するように成長させた第1のn型ドープ層21を有する。しかしながら、所望の用途によっては、このような層21の均一なドーピングではなく、段階的な濃度差を設けることもできる。この層21にはp型ドープ層23が結合されており、したがって、p型ドープ層23は、成長基板10とは反対側の半導体積層体20の面に配置されている。2つの層21および層23のドープ型が異なるため、これらの層の間に活性ゾーン22が形成される。この活性ゾーン22の厚さは、成長させる2つの層21および層23のドーピングに依存する。この装置の動作時、層21および層23に注入される電荷キャリアがpn接合22において再結合し、このプロセスにおいて、使用する半導体系のバンドギャップに応じて電磁放射が放出される。したがって、積層体21,23という表現には、活性層も含まれる。本例の場合、活性層は、オプトエレクトロニクス半導体ボディ全体にわたり一様に配置されている。
The illustrated semiconductor stacked
代替形状構造においては、半導体積層体2がnpn積層体として形成されており、n型ドープ層21とは反対側のp型ドープ層23の面にさらなるn型ドープ層が形成されている。別の形状構造においては、p型ドープ層23が成長基板10に隣接しており、n型ドープ層21が成長基板10とは反対側にある。
In the alternative shape structure, the semiconductor stacked
別のバリエーションにおいては、半導体積層体20を成長させる前に、サファイアから成る成長基板10の上に追加のバッファ層を堆積させる。これによって、成長させる半導体積層体の格子定数を成長基板10に整合させることができ、したがって、積層体における応力および発生しうる欠陥とが減少する。さらに、バッファ層は、ドープしない、またはn型に弱くドープする(例えば、2×1017atoms/cm3以下の濃度)ことができる。このタイプのバッファ層は、半導体ボディの動作電流がバッファ層の中を流れるようにするには適していないが、完成した半導体ボディにおいて、静電放電による損傷あるいは破壊の危険性がこのバッファ層によって低減する。
In another variation, an additional buffer layer is deposited on the
本方法の形態においては、半導体積層体20の形成が終了した後、半導体積層体のp型ドープ層23の上に導電性コンタクト層30を堆積させる。この導電性層30は、さらに反射性とすることもでき、したがって、動作時に導電性層30の方向に放出される電磁放射が、この層で反射されて望ましい方向に放出される。この導電性材料は、例えば、銀またはその他の何らかの反射性材料を備えていることができる。
In the form of this method, after the formation of the semiconductor stacked
その後、フォトマスクによって導電性層30を構造化し、一例として規則的に配置された円形コンタクト開口32を形成する。この状況は、中央に示した半導体ボディ1の平面図において確認することができる。さらに、本例の場合には図示したように導電性層が4つの部分領域に分割されるように、導電性層30に溝31をエッチングする。これらの部分領域は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの最終的な4つの部分領域への分割に対応する。2つの断面図においては、便宜上、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側部分領域をR、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側部分領域をLと表してある。
Thereafter, the
その後、図1Bに示したように、層21との接続を形成するための複数の穿孔を半導体積層体に形成する。このステップは、例えば半導体積層体を適切にエッチングすることによって行い、半導体積層体に堆積している構造化された金属層がエッチングマスクの役割を果たすことができる。個々の穿孔41は半導体積層体2のpn接合22を貫いており、したがってn型ドープ層21に接触している。さらには、同様に活性層を貫通している溝42が半導体積層体に形成されるように、金属層の溝31の領域もエッチングする。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, a plurality of perforations for forming a connection with the
さらには、適切な方法によって、半導体層21との接続を形成するための穿孔を特定の深さで停止させる一方で、溝42をそれよりもずっと大きい深さに達するようにすることが可能である。一例として、穿孔41の第1の深さに達した時点でエッチング工程を停止し、穿孔をフォトマスクによって覆い、溝42を最終深さまでさらにエッチングする。当然ながら、溝および穿孔は、最初から同じ深さであるようにすることもできる。形成される溝42によって、オプトエレクトロニクス半導体ボディが多数の部分領域に分割され、したがって、活性層22も部分活性層に隔てられる。さらには、オプトエレクトロニクス半導体ボディの複数の異なる部分領域において複数の穿孔41を形成する結果として、n型ドープ層21における一様な横方向電流分散にもつながる。
Furthermore, by suitable methods, it is possible to stop the perforation to form a connection with the
溝42および穿孔41を形成するためのエッチング方法が終了した後、非導電性層40を堆積させ、この層は、溝42および穿孔41を満たす。この絶縁層は、例えば透明な層として構成することができ、したがって、図1Bの平面図に示したように、個々の溝42および穿孔32が依然として見えている。
After the etching method for forming the
次のステップでは、図1Cに示したように、導電性層30の領域と、オプトエレクトロニクス半導体ボディの外側の右側部分とにおいて、フォトマスクを利用して絶縁層を除去する。これとは異なり、穿孔41の領域および溝42の領域においては絶縁材料をそのまま残し、したがって、対応する支柱41a,42aが形成される。同様に、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側領域において、半導体積層体20の第2の層23を露出させる。この部分は、半導体ボディの動作モードにおいて半導体積層体との接続を形成する役割を果たす。この段階で、平面図には、溝42の領域における露出した格子状部42aと、穿孔41の領域における支柱41aとが現れている。
In the next step, as shown in FIG. 1C, the insulating layer is removed using a photomask in the region of the
溝42の外側および穿孔41の外側の絶縁材料を除去した後、図1Dに示したように、さらなる導電性の接続形成層50を堆積させて構造化し、その結果として、穿孔41および溝42の領域において、この層50に開口50aが形成される。相応して、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側領域における半導体層積層体20の第2の層23に、導電性材料51を堆積させる。層50の材料は、最終的には、部分層との接続を形成するための2つの接続層の一方を形成する。
After removing the insulating material outside the
したがって、断面図のセクション1およびセクション2において確認できるように、溝42の領域および穿孔41の領域において金属性コンタクト接続部50が途切れている。この状況は、図1Dの平面図において明らかに確認できる。図1Dにおけるオプトエレクトロニクス半導体ボディの右下の部分領域には、後から第1のコンタクトパネルが形成され、その一方で、領域51に堆積している材料が第2のコンタクトパネルを構成する。
Therefore, the
前の方法ステップにおいて堆積させた導電性層30および導電性層50は、一例として、蒸着によって堆積させることができ、異なる厚さを有することができる。したがって、特に、層30を導電性層50よりも薄くすることができる。さらには、導電性層30は、注入される電荷キャリアをできる限り良好に横方向に分散させるための電流拡散層としても適切であり得る。これら2つの層は、同じ材料または異なる材料を備えていることができる。
次に、図1Eに示したように、導電性材料50,51に絶縁層45を堆積させる。領域51においては、この絶縁層を再び除去する。絶縁層としては、穿孔41および溝42を満たしているものと同じ材料を使用することが好ましい。その後、フォトマスクによって、穿孔41の中の絶縁材料45をエッチングして一部分を除去する。しかしながら、穿孔41の壁には、絶縁材料をそのまま存在させる。このエッチング工程は異方性的に行うことができ、穿孔の中央においては穿孔41の底まで絶縁材料を除去する。穿孔の側壁が依然として絶縁性であることによって、次のステップで導入する材料60に起因して半導体積層体2の個々の層との短絡が発生することが防止される。
Next, as shown in FIG. 1E, an insulating
したがって、穿孔の中には、穿孔の表面の一部に分離層が形成される。この分離層は、周囲の側壁、および穿孔41の側壁のうち、金属性層30、接続形成層50、および積層体20の層23の領域の少なくとも一部範囲を覆っている。さらに、分離層45は、接続形成層50を覆っており、溝42を完全に満たしている。
Thus, in the perforations, a separation layer is formed on a part of the surface of the perforations. The separation layer covers at least a part of the peripheral side wall and the side wall of the
その後、穿孔41を材料60によって満たし、これにより、半導体積層体20の第1の層21のための接続形成要素46が形成される。図1Eの断面図のセクション1によると、接続形成領域63は導電性材料60によって完全に満たされており、したがって、接続形成領域63は、接続要素46aを介して第1の層21との電気的接続を形成している。さらには、層60は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側部分領域と左側部分領域との間の溝42の領域において隔てられている。
Thereafter, the
オプトエレクトロニクス半導体ボディの平面図には、開口48がさらに示されている。断面図のセクション2におけるように、これらの開口は、パッシベーション層45に設けられて接続形成層50まで達しているホールによって形成されている。
An
図1Fは、さらなる製造ステップの後の構造を示している。各部分領域の領域63を溝42穿孔41にコンタクト接続している層60に、パッシベーション層が堆積している。このパッシベーション層は、層45と同じ材料から構成されており、ホール48が依然として切り取られている。これらのホールは、セクション2の図から明らかであるように、続くステップにおいて導電性材料54によって満たされる。さらには、パッシベーション層の表面上に材料層55が堆積されており、この材料の部分要素56(接続部63に結合されている)と部分要素55の材料との間には、電気的接続が形成されていない。このステップは、例えば、ホールの中とパッシベーション層45の表面上とに材料を平坦に堆積させ、次いで構造化することによって、行うことができる。
FIG. 1F shows the structure after further manufacturing steps. A passivation layer is deposited on the
部分要素56の層は、右側領域の穿孔46に接触している層60に導電接続されている。したがって、部分要素56の層は、積層体20の層21との接続を形成するための第1の接続層を形成している。同様に、右側部分領域Rの層50は、半導体積層体20の中間層30を介して接続を形成するための第2の接続層を形成している。右側部分領域Rの第2の接続層50は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側部分領域Lにおける層55に、要素54を介して接続されている。そして層55は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側部分領域Lにおける穿孔46に接触している左側部分領域Lの層60に、導電接続されている。
The layer of
したがって、左側部分領域Lの層55および層60は、オプトエレクトロニクス半導体ボディにおける部分活性層との接続を形成するための、左側部分領域の第1の接続層を形成している。以上から明らかであるように、図示した直列回路においては、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側部分領域の第2の接続層が、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第2の部分領域の第1の接続層に接続されることによって、直列回路が形成されている。
Therefore, the
次の方法ステップにおいては、図1Gに示したように、成長基板10とは反対側の半導体積層体2の裏面に、置換キャリア(replacement carrier)80をはんだ層または接着層によって固定する。この目的のため、置換キャリアは、例えば、窒化アルミニウムまたは他の何らかの材料から構成することができる。この目的には、特に、絶縁性の置換キャリア基板80(例えばガラスキャリア基板)が適している。
In the next method step, as shown in FIG. 1G, a
次の方法ステップにおいては、成長基板10を薄くし、次いで完全に除去する。このステップは、例えば、その原理が当業者に公知であるレーザリフトオフ法によって行うことができる。この目的のため、成長基板10または半導体積層体20は、レーザによって照射されると分解する追加の犠牲層を有することができる。結果として、成長基板10が除去される。
In the next method step, the
その後、置換キャリア80とは反対側の半導体積層体20の面に、光取り出し構造部25を形成する。さらに、溝42の領域において、半導体積層体を上面から除去し、その結果として、溝状の隙間49が形成される。この隙間49によって、オプトエレクトロニクス半導体ボディの半導体積層体の部分領域が完全に隔てられ、その結果として、漏れ電流が回避される。隙間49は、絶縁材料(例えばSiO2)によって満たすことができる。
Thereafter, the light
さらに、接続コンタクト63の領域において半導体積層体を除去し、その結果として、材料の表面が露出する。これにより、接続を形成するための第1のコンタクトパネル63’が形成される。同様に、半導体ボディのさらなる領域において同じように半導体積層体の材料を除去することにより、接続を形成するための第2のコンタクトパネル63’’を形成する。オプトエレクトロニクス半導体ボディの4つの部分領域によって直列回路が形成される結果として、4つの部分領域のすべてに、コンタクトパネル63’,63’’によって、動作に要求される電流を供給することができる。
Further, the semiconductor stacked body is removed in the region of the
図1Gに示したオプトエレクトロニクス半導体ボディは、動作時に4つの部分領域において発生する電磁放射を、半導体積層体の構造化面の方向に放出するように構成されている。pn接合22の領域において置換キャリア80の方向に放出される電磁放射は、導電性の中間層において積層体20の構造化面の方向に反射される。4つの部分領域に分割されている結果として、動作に要求されるオプトエレクトロニクス半導体ボディの電流が減少するが、動作に要求される電圧は、直列回路のため増大する。この例示的な実施形態においては、オプトエレクトロニクス部品が4つの部分領域に分割されており、その結果として、しきい値電圧が4倍に増大すると同時に、消費電流は1/4に減少する。InGaNをベースとする材料系の場合、この形状構造においては動作電圧が12ボルトである発光部品を実現することができる。
The optoelectronic semiconductor body shown in FIG. 1G is configured to emit electromagnetic radiation generated in four partial regions during operation in the direction of the structured surface of the semiconductor stack. The electromagnetic radiation emitted in the direction of the
この点において、図4A〜図4Fは、提案する原理による実施形態の概略図を示している。図4Aは、図4Eに示した方向に沿った、オプトエレクトロニクス半導体ボディの断面図である。縁部領域にコンタクト要素410およびコンタクト要素411によってコンタクトが形成されている。コンタクト要素410は、半導体積層体20の層21に接触している穿孔446に導電接続されている。互いに異なるドープ型の2つの層21,23の間にpn接合22が形成されており、このpn接合において、動作時に注入される電荷キャリアが再結合して電磁放射が放出される。さらに、層23の上に横方向電流分散層450が配置されており、この電流分散層は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第2の部分領域のコンタクト層411と同じ材料から構成されている。
In this regard, FIGS. 4A-4F show schematic diagrams of embodiments according to the proposed principle. 4A is a cross-sectional view of the optoelectronic semiconductor body along the direction shown in FIG. 4E. Contacts are formed by
第2の接続層460は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側部分領域の電流分散層450との接続を形成しており、さらに、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側部分領域における半導体積層体の層21’のための穿孔コンタクト接続部を形成している。同様に、第2の接続層410は、半導体積層体20’の第2の層23’に接続されている。
The
図4Aの断面図および図4Eの平面図に示したように、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側部分領域と右側部分領域との間に絶縁性の溝が設けられている。これによって、部分領域が互いに電気的に隔離されている。図4Cによる等価回路図においては、部分領域それぞれにおいて2つのダイオードが直列に接続されている。この場合のダイオード効果は、半導体積層体20および半導体積層体20’の図示したpn接合によるものである。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 4A and the plan view of FIG. 4E, an insulating groove is provided between the left partial region and the right partial region of the optoelectronic semiconductor body. Thereby, the partial areas are electrically isolated from one another. In the equivalent circuit diagram according to FIG. 4C, two diodes are connected in series in each partial region. The diode effect in this case is due to the illustrated pn junction of the semiconductor stacked
図4Bは、代替形状構造を示しており、1つのpn接合の代わりに複数のpn接合が設けられている。これらのpn接合は、図4Dによる等価回路図から明らかであるように、直列に接続されている2つのダイオードのように機能する。 FIG. 4B shows an alternative shape structure in which a plurality of pn junctions are provided instead of one pn junction. These pn junctions function like two diodes connected in series, as is apparent from the equivalent circuit diagram according to FIG. 4D.
図4Bによる断面図は、図4Fに示した軸線Iに沿って示してある。この例示的な実施形態においては、オプトエレクトロニクス半導体ボディは、それぞれが溝442によって隔離状態に隔てられている4つの部分領域に分割されている。異なる接続層410,411,460,450が、異なる部分領域の半導体積層体との接続を形成しており、半導体積層体の中にpn接合が配置されている。この場合、接続層410,411,450,470は、図4Dによる等価回路図に示した状態に4つの部分領域が接続されるように、構成されている。
The cross-sectional view according to FIG. 4B is shown along the axis I shown in FIG. 4F. In this exemplary embodiment, the optoelectronic semiconductor body is divided into four partial regions, each separated by a
結果として、提案する原理によるオプトエレクトロニクス半導体ボディの場合、直列に接続された2つのダイオードを1組として、そのような4組から構成される直列回路が実現する。したがって、この装置の動作時には、より高い動作電圧が要求される。エピタキシャル層において直列回路が省スペース的に組み合わされている結果として、低い電流での電圧駆動方式として電力がオプトエレクトロニクス半導体ボディに供給されるため、高価な駆動段および高電流源を不要とすることができる。さらには、発光部品の要素すべてを個々の半導体ボディにおいて低電流方式に実現できるため、吸収性のコンタクトが存在しない結果として、スペースが最適に利用される。さらには、チップの直列回路は、1つのみの上側コンタクトと1つの導電性キャリアという形態で具体化することもできる。 As a result, in the case of an optoelectronic semiconductor body according to the proposed principle, two diodes connected in series are taken as one set, and a series circuit composed of such four sets is realized. Therefore, a higher operating voltage is required during operation of this device. As a result of the space-saving combination of series circuits in the epitaxial layer, power is supplied to the optoelectronic semiconductor body as a low current voltage drive scheme, eliminating the need for expensive drive stages and high current sources Can do. Furthermore, since all the elements of the light-emitting component can be realized in a low-current manner in the individual semiconductor body, space is optimally used as a result of the absence of absorbent contacts. Furthermore, the series circuit of the chips can be embodied in the form of only one upper contact and one conductive carrier.
図2は、このタイプの一例を示している。 FIG. 2 shows an example of this type.
提案する原理による部品は、モノリシックな半導体ボディとして具体化されており、すなわち、個々の層が順に重ねて堆積しており、個々の個別の工程で製造して後から互いに結合するのではない。結果として、精度が改善され、安定性も向上する。 The component according to the proposed principle is embodied as a monolithic semiconductor body, i.e. the individual layers are deposited one after the other, not manufactured in individual individual steps and later bonded together. As a result, accuracy is improved and stability is improved.
前の例示的な実施形態とは異なり、図2による例示的な実施形態における穿孔203は、半導体積層体の厚さ全体にわたって延在する穿孔として活性ゾーン200を貫いて具体化されている。したがって、本例の場合、穿孔203は、上面における第1の主領域から真下の半導体積層体の第2の主領域202まで延在している。穿孔203は、半導体積層体200におけるホールを形成している。
Unlike the previous exemplary embodiment, the
半導体積層体200の構造化された上面225には、さらなる電流拡散層209が堆積している。この層は、半導体積層体の裏面に設けられている電流拡散層209に加えて配置されている。2つの電流拡散層は、できる限り良好に横方向に電流が分布して半導体積層体の中に電流が取り込まれるようにする役割を果たす。結果として、部品の効率が増大するのみならず、半導体積層体に過大な電流が流れ込む結果としての局所的な発熱が回避される。この目的のため、電流拡散層は、可能な限り小さい横方向シート抵抗を有する。
A further current spreading
さらには、電流拡散層209’を透明な材料として(例えば透明導電性酸化物(例:ITO)の形において)具体化することもできる。放出方向とは反対側の電流拡散層209は、反射性としてのみならず、透明に具体化されていることが好ましい。そのように具体化する場合、図示したように、オプトエレクトロニクス半導体ボディは追加のミラー層210を有する。ミラー層210と接続層203の材料との間に追加の絶縁性パッシベーション層が設けられない場合、追加のミラー層210は非導電性として具体化されていることが好ましい。一実施形態においては、ミラー層210は、分離層205と同じ材料を備えていることができる。これにより、例えば、側壁における反射の結果として半導体積層体の活性層に平行な放出が生じる場合に、反射特性が向上する。
Furthermore, the current spreading
接続を形成する目的で、電流拡散層は給電穿孔210aを介して電気接続層204に接続されている。電気接続層204は、裏面におけるコンタクト要素207に電気的中間層208によって結合されている。コンタクト要素207は、オプトエレクトロニクス半導体ボディのための置換キャリア基板も同時に形成している(。
For the purpose of forming a connection, the current spreading layer is connected to the
図2による例示的な実施形態は、半導体ボディの第1の部分領域を1つだけ示している。この図に示した第1の部分領域には、その左側に半導体ボディのさらなる部分領域が隣接している。さらなる部分領域は、第2の接続層204が半導体積層体200における穿孔(図示していない)に導電接続されているように、具体化されている。その穿孔は、第2の部分領域の半導体積層体200の第1の層221との接続を形成しており、したがって直列回路が形成される。同時に、左側に配置されている絶縁材料205,210が、半導体積層体を複数の部分領域に隔てる溝を形成している。
The exemplary embodiment according to FIG. 2 shows only one first partial region of the semiconductor body. A further partial region of the semiconductor body is adjacent to the left side of the first partial region shown in this figure. The further partial region is embodied such that the
ここまでの例示的な実施形態においては、直列回路は、半導体ボディ内の接続層の対応する配置構造によって実現している。しかしながら、直列回路および並列回路と、これらの組合せを実現する目的で、さまざまな直列回路または相互接続の一部を外部に形成することも、さらに考えられる。結果として、対応する駆動電子回路によって、用途に応じて半導体ボディの特徴的な特性を変えることができる。一例として、ヘッドライトの場合に、半導体ボディの個々の部分領域を適宜に回路に組み込む、または回路からはずすことによって、発光強度を変化させることが考えられる。 In the exemplary embodiments thus far, the series circuit is realized by a corresponding arrangement of connection layers in the semiconductor body. However, it is further conceivable to form part of various series circuits or interconnections externally for the purpose of realizing series and parallel circuits and combinations thereof. As a result, the characteristic characteristics of the semiconductor body can be changed according to the application by means of the corresponding drive electronics. As an example, in the case of a headlight, it is conceivable to change the light emission intensity by appropriately incorporating or removing individual partial regions of the semiconductor body from the circuit.
図3は、対応する実施形態の断面図を示している。この実施形態の場合、すべてのコンタクト要素は裏面に配置されている。半導体積層体320は第1のn型ドープ層321を含んでおり、この層321に隣接してp型ドープ層323が堆積している。pn接合322は、図示したように界面に形成されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the corresponding embodiment. In this embodiment, all contact elements are arranged on the back side. The semiconductor stacked
一例として、InGaN/GaN(その放出スペクトルは青色可視光の範囲にある)を積層体の材料系として使用することができる。堆積させた構造化部325によって、オプトエレクトロニクス半導体ボディの放出特性が向上する。さらには、変換手段を構造化部325の表面に堆積させることができる。これにより、放出される青色光の一部が、異なる波長を有する光に変換され、したがって白色光の生成を実現することができる。
As an example, InGaN / GaN (its emission spectrum is in the range of blue visible light) can be used as the material system of the stack. The deposited
構造化部325とは反対側の半導体積層体320の第2の層323の面には、導電性かつ反射性の接続層330が配置されている。この接続層は、電荷キャリアを取り込むための横方向電流拡散層としての役割も同時に果たす。この層330への接続は複数のリード要素350によって形成されており、リード要素350は、裏面に配置されているコンタクト390に穿孔351によって接続されている。
A conductive and
さらには、穿孔346が設けられており、導電性材料361によって満たされている。この穿孔は、半導体ボディの裏面からすべての層を貫いて半導体積層体320の層321まで延在している。穿孔の側壁は、例えば接続層330との短絡を回避する目的で、絶縁材料364によって実質的にほぼ完全に囲まれている。さらには、コンタクト361は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの裏面における裏面コンタクト391と、導電性材料層350’とに接続されている。この材料層350’は、半導体ボディの左側部分領域の接続層330’との接続を形成している。左側部分領域は、右側部分領域から絶縁性の溝342によって完全に電気的に隔離されている。溝342は絶縁材料によって満たされており、この絶縁材料は、個々のリードスルー350’,350の間の隙間も満たしている。この絶縁材料は、置換キャリア380のキャリア基板としても同時に使用することができる。
Furthermore,
導電性層350’は、層330’とともに、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側部分領域の第1の接続層を形成しており、半導体積層体320の層323との接続を形成している。同様に、半導体ボディの左側部分領域には溝361’も形成されており、この溝の側壁346aには絶縁材料が設けられている。溝361’の材料は、裏面に位置しているコンタクト390’に接触している。
The
外側において、裏面上のコンタクト390’およびコンタクト391は、第1の接続部A1に通じている外部スイッチS1に結合されている。コンタクト390は第2の接続部A2に結合されている。この装置の動作モードにおいては、スイッチのポジションS1に応じて、オプトエレクトロニクス部品の右側部分のみ、またはオプトエレクトロニクス部品の両方の部分に、電流が供給される。図示したスイッチポジションにおいては、この半導体装置の動作時、電流は、コンタクト390およびフィード部350を介して半導体ボディの右側領域の半導体積層体に流れ込む。半導体積層体のpn接合において、電気キャリアが再結合して光が放出される。動作時、図示したスイッチポジションにおいては、半導体ボディの左側部分領域がオフである。
On the outside, the contact 390 'and the
次に、接続部A1がスイッチS1を介してコンタクト390’に結合されると、電流は、半導体ボディの右側部分領域内の溝361を介して、半導体ボディの左側部分領域内の層350’および層330’から構成される第1の接続層に流れ込む。結果として、2つの半導体積層体およびそれぞれに含まれているpn接合が、直列に接続される。
Next, when the connection A1 is coupled to the
このように、各部分領域における個々の接続層およびそのコンタクト接続部の配置構造に応じて、オプトエレクトロニクス半導体ボディの個々の部分領域の、外部制御型の(external)並列回路または直列回路を達成することが可能である。 In this way, an externally controlled parallel or series circuit of the individual subregions of the optoelectronic semiconductor body is achieved, depending on the arrangement of the individual connection layers and their contact connections in each subregion. It is possible.
図5Aおよび図5Bは、オプトエレクトロニクス半導体ボディをさまざまな部分領域に分割するためのバリエーションを、製造工程時の概略平面図として示している。さらに、穿孔505および穿孔によって露出する活性層材料506の、複数の異なる形状を示してある。さらには、それぞれの半導体ボディの縁部領域にコンタクト要素507が配置されており、これらのコンタクト要素は、後からコンタクトパネル561の一部を形成する。この形状構造においては、穿孔505は溝状に具体化されており、絶縁層541と、半導体積層体の第2の層および活性ゾーンとを貫通している。さらには、この半導体ボディは、溝542によって全部で3つの部分領域に分割されており、中央の部分領域は幅が相当に小さい。接続層の対応する相互接続部と、外側の外部回路とによって、図示した領域による直列回路および並列回路の任意の望ましい形態を実現することが可能である。
FIG. 5A and FIG. 5B show variations for dividing the optoelectronic semiconductor body into various partial regions as schematic plan views during the manufacturing process. In addition, a plurality of different shapes of
図5Bによる実施形態においては、穿孔505は、規則的に配置された円として具体化されている。穿孔505は、絶縁層504と、その下層の半導体積層体541の第2の層および活性ゾーンとを貫通している。この例示的な実施形態においても、オプトエレクトロニクス半導体ボディを大きさの異なる複数の部分領域に分割する溝542が設けられている。この例示的な実施形態においては、2つの部分領域1,2のいずれか一方については、動作に要求されるエネルギが自身によって供給されるように相互接続が行われている、または、直列回路として部分領域3と相互接続されている。この場合、この相互接続は、所望の用途に応じて直列または並列に行うことができる。
In the embodiment according to FIG. 5B, the
提案する本発明、すなわち、「半導体ボディを絶縁性の分割部によって複数の異なる部分領域に分割した後、接続層を適切に形成することによってこれらの部分領域を直列回路または並列回路の形に相互接続する」は、本明細書に説明した例示的な実施形態に制約されない。そうではなく、本発明は、可能な相互接続の任意の組合せ、この場合には特に、複数の異なる接続層の形状構造を包含する。半導体積層体を形成した後、対応する構造化および接続層の形成によって、半導体ボディの任意の所望の相互接続を構築することができる。 The proposed invention, namely, “After dividing the semiconductor body into a plurality of different partial regions by insulating dividing portions, these partial regions are mutually connected in the form of a series circuit or a parallel circuit by appropriately forming connection layers. “Connecting” is not limited to the exemplary embodiments described herein. Rather, the present invention encompasses any combination of possible interconnections, in particular in this case a plurality of different connection layer geometries. After forming the semiconductor stack, any desired interconnection of the semiconductor body can be constructed by corresponding structuring and formation of connection layers.
個々の半導体ボディを製造した後、複数の異なる部分領域に分割することにより、幾何学的に密集した構造となり、結果として発光効率が増大することに加え、高い費用効果で製造することができる。複数のpn接合を有するLED構造(いわゆる階段型LED(stepped LED))を使用することによって、直列回路および並列回路の省スペース的な組合せを達成することが可能である。特に、相互接続をエピタキシャル層において行うことができ、さらには導電性キャリア材料を使用することが可能である。 After each semiconductor body is manufactured, it is divided into a plurality of different partial regions, resulting in a geometrically dense structure, which results in increased luminous efficiency and can be manufactured cost-effectively. By using LED structures with multiple pn junctions (so-called stepped LEDs) it is possible to achieve a space-saving combination of series and parallel circuits. In particular, interconnections can be made in the epitaxial layer, and it is possible to use conductive carrier materials.
Claims (15)
− 実質的に平坦な半導体積層体であって、第1の主面および第2の主面と、電磁放射を発生させるのに適する活性層とを有する、前記半導体積層体と、
− 少なくとも前記半導体積層体の前記活性層を分断している溝であって、前記半導体積層体の前記活性層を少なくとも2つの電気的に絶縁されている部分活性層に分割する役割を果たしている、前記溝と、
− 前記第2の主面上に配置されており、前記部分活性層との接続を形成する役割を果たしている第1の接続層および第2の接続層であって、それぞれが前記少なくとも2つの部分活性層との接続を形成している第1の接続層および第2の接続層が、前記少なくとも2つの部分活性層が直列回路を形成するように、互いに導電的に結合されている、前記第1の接続層および前記第2の接続層と、
を備えており、
− 前記第1の主面が、電磁放射を放出するように構成されている、
オプトエレクトロニクス半導体ボディ。 Optoelectronic semiconductor body,
A substantially flat semiconductor stack comprising a first main surface and a second main surface and an active layer suitable for generating electromagnetic radiation;
A groove that divides at least the active layer of the semiconductor stack and serves to divide the active layer of the semiconductor stack into at least two electrically isolated partial active layers; The groove;
A first connection layer and a second connection layer which are arranged on the second main surface and which serve to form a connection with the partial active layer, each being the at least two portions The first connection layer and the second connection layer forming a connection with the active layer are conductively coupled to each other such that the at least two partial active layers form a series circuit; 1 connection layer and the second connection layer;
With
The first major surface is configured to emit electromagnetic radiation;
Optoelectronic semiconductor body.
前記半導体ボディの外側に配置されており、前記半導体ボディの前記面の上のコンタクトに接続されているリード、を形成している部分要素、
を備えている、
請求項1から請求項9のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。 Each of the first connection layer and the second connection layer is
A partial element forming a lead disposed outside the semiconductor body and connected to a contact on the surface of the semiconductor body;
With
The optoelectronic semiconductor body according to claim 1.
− 成長基板上に半導体積層体をエピタキシャル成長させるステップであって、前記半導体積層体が、電磁放射を発生させるために適している活性層を有し、第1の主面から電磁放射を放出するように構成されている、前記ステップと、
− 少なくとも2つの部分活性層に分割する目的で、少なくとも前記半導体積層体の前記活性層に電気絶縁性の溝を形成するステップと、
− 前記活性層との接続を形成する目的で、前記第1の主面とは反対側である前記半導体積層体の面に、第1の電気接続層を堆積させるステップと、
− 前記第1の主面とは反対側である前記半導体積層体の前記面に、分離層を形成するステップと、
− 前記第1の主面とは反対側である前記半導体積層体の前記面に、第2の電気接続層を堆積させるステップと、
を含んでおり、
− 前記第1の電気接続層と、前記分離層と、前記第2の電気接続層とが、これらが少なくとも部分的に横方向に重なり合うように形成されており、
− 前記接続層が少なくとも2つの部分活性層との接続を形成して直列回路が形成されている、
方法。 A method of manufacturing an optoelectronic semiconductor body comprising:
-Epitaxially growing a semiconductor stack on a growth substrate, said semiconductor stack having an active layer suitable for generating electromagnetic radiation so as to emit electromagnetic radiation from the first main surface The step comprising:
-Forming an electrically insulating groove in at least the active layer of the semiconductor stack for the purpose of dividing it into at least two partially active layers;
-Depositing a first electrical connection layer on the surface of the semiconductor stack opposite to the first main surface for the purpose of forming a connection with the active layer;
-Forming a separation layer on the surface of the semiconductor stack opposite to the first main surface;
-Depositing a second electrical connection layer on the surface of the semiconductor stack opposite to the first main surface;
Contains
The first electrical connection layer, the separation layer, and the second electrical connection layer are formed such that they at least partially overlap in the lateral direction;
The connection layer forms a connection with at least two partially active layers to form a series circuit;
Method.
− 前記穿孔の中に前記第2の電気接続層の部分要素を形成するステップであって、前記第2の電気接続層が、前記第1の電気接続層から前記分離層によって電気的に絶縁されている、前記ステップと、
をさらに含んでいる、請求項11に記載の方法。 -Forming perforations in the active layer;
-Forming a subelement of the second electrical connection layer in the perforation, wherein the second electrical connection layer is electrically insulated from the first electrical connection layer by the separation layer; Said step;
The method of claim 11, further comprising:
− 前記第1の主面とは反対側の前記面に第2のコンタクトパネルを形成するステップであって、前記第2のコンタクトパネルが、前記第2の接続層との接続を形成することによって前記第2の部分活性層との電気接続を形成している、前記ステップと、
をさらに含んでいる、請求項11から請求項14のいずれかに記載の方法。 -Forming a first contact panel on the surface opposite to the first main surface, wherein the first contact panel forms a connection with the first connection layer; Forming an electrical connection with the first partially active layer, and
-Forming a second contact panel on the surface opposite to the first main surface, wherein the second contact panel forms a connection with the second connection layer; Forming an electrical connection with the second partially active layer, and
15. The method according to any one of claims 11 to 14, further comprising:
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